4.5 NRK
4.5.3 Avdelingene
TELHA E DO AMBIENTE
RESUMO: A cobertura tem papel fundamental em uma instalação, sendo capaz de impedir que grande parte da radiação solar penetre e eleve a sua temperatura. O presente experimento foi conduzido na Unesp, Câmpus de Jaboticabal, com o objetivo de avaliar a eficiência da instalação de dois tipos de coberturas (Metálica e Fibrocimento) em camadas simples e duplas, variando espaçamento entre camadas duplas de 1cm a 5cm. Como repetição adotou-se os dias de coleta e o número de protótipos, totalizando 30 repetições para cada tratamento (2 protótipos x 15 dias de coleta). No total utilizaram-se 12 tratamentos (telhas x espaçamentos), com dois protótipos para cada tratamento. Foram instalados sensores de temperatura na parte inferior da cobertura e no centro do modelo, obtendo-se a Temperatura da Superfície Interna das coberturas (TSI) e a Temperatura Ambiente (TA) no interior do modelo. Os dados foram analisados utilizando-se o PROC MIX do SAS (Statistical Analysis System), considerando os horários de medição para cada dia avaliado, sendo realizada análise de variância e teste de Scott-Knott a 1% de significância. Para TSI observou-se uma diferença de 11,3°C às 14h entre a telha metálica simples (42,9°C) e em camada dupla com 5cm de espaçamento (31,6°C), e diferença de 7,6°C entre a telha de fibrocimento simples (39,3°C) e com 5cm entre camadas duplas (31,7°C ). Para TA observou-se valor máximo para a telha metálica simples (36,1°C) e mínimo para a camada dupla com 5cm de espaçamento (30,8°C). Para fibrocimento, observou-se para camada simples 35,4°C e para 5 cm de espaçamento 30,9°C. A utilização de telha metálica e de fibrocimento em camadas duplas foi eficiente, promovendo decréscimo nos valores de TSI e TA no modelo estudado.
CHAPTER 2 - STUDY OF THE DIFFERENT COVERS AND SPACING BETWEEN DOUBLE LAYERS ON THE SURFACE TEMPERATURE OF TILE AND THE ENVIRONMENT
ABSTRACT: The cover has a fundamental role in a facility, being able to prevent much of the solar radiation to penetrate and raise your temperature. This experiment was conducted at UNESP in Jaboticabal, with the objective of evaluating the efficiency of the installation of two types of toppings (Metallic and Fibercement) in single and double layers, varying spacing between double layers of 1cm to 5cm. As repetition was adopted the collection days and the number of prototypes, totaling 30 replicates for each treatment (2 prototypes x 15 collection days). In total 12 treatments were used (tile x spacing ) with two prototypes for each treatment. Temperature sensors were installed on the bottom of the cover and the center of the model, obtaining the internal surface temperature of the covers (IST) and the ambient temperature (AT) inside the model. The data were analyzed using the PROC MIX SAS (Statistical Analysis System), considering the schedules for each day of measurement assessed with variance analysis performed and Scott-Knott test at 1% significance. For IST we observed a difference of 11.3 °C at 14h between simple metal tile (42.9 °C) and double layer with 5cm spacing (31.6 °C), and difference of 7.6 °C between simple tile fiber cement (39.3 °C) and 5cm between double layers (31.7 °C). For AT was observed maximum value for the simple metal tile (36.1 °C) and minimum for the spacing of 5cm between double layers (30.8 °C). For fiber cement, was observed for single layer 35.4 °C and spacing of 5 cm 30.9 °C. The use of metal tile and fiber cement double layers was efficient in promoting a decrease in the values of IST and AT in this model.
1. INTRODUÇÃO
Em uma instalação zootécnica, o ambiente térmico é muito influenciado pelo telhado, pois este absorve grande parte da energia proveniente da radiação solar e transmite para o interior das edificações, aumentando os ganhos térmicos e, consequentemente, elevando a temperatura interna (MICHELS, 2007). De acordo com Sampaio et al. (2011), em áreas não sombreadas as variações de temperatura tendem a acompanhar o clima local, enquanto no interior das instalações a cobertura ameniza as variações e não deixa a flutuação térmica ocorrer de forma abrupta. Entre as características do telhado que influenciam no ambiente térmico do interior de uma instalação, destaca-se o material constituinte das telhas, sua natureza superficial e a existência e efetividade de isolantes térmicos e forros (DAMASCENO, 2008; CONCEIÇÃO et al., 2008). Para Curtis (1983), o material ideal para cobertura deve possuir superfície superior com alta refletividade solar e alta emissividade térmica e superfície inferior baixa refletividade solar e baixa emissividade térmica.
As coberturas são responsáveis por promover um ambiente mais adequado à produção animal, sendo que a utilização de abrigos com os mais diversos materiais de cobertura (sombrite, fibrocimento, etc.) promovem a diminuição de até 30% da carga térmica de radiação quando comparada a recebida pelo animal ao ar livre, melhorando a situação de conforto térmico (BAÊTA e SOUZA, 2010). Vale ressaltar que, a diminuição das condições de estresse térmico aumenta significativamente o conforto animal, resultando em uma melhor produção (PERISSINOTTO, 2006; NAVARINI, 2009). De acordo com Caneppeleet al. (2013), a utilização da telha tipo sanduíche é capaz de proporcionar um ambiente térmico mais favorável, fato esse explicado pela maior capacidade térmica deste tipo de cobertura, favorecendo a inércia térmica da instalação.
Tendo em vista a importância das coberturas em instalações zootécnicas e a necessidade do desenvolvimento de novos métodos de instalação de coberturas que promovam maior conforto térmico, conduziu-se um experimento com o objetivo de avaliar a eficiência de dois tipos diferentes de coberturas instaladas em camada simples e com diferentes espaçamentos entre camadas duplas, sendo analisados os valores de temperatura no ambiente e na superfície interna das coberturas.
2. MATERIAL E MÉTODOS
O experimento foi conduzido no Departamento de Engenharia Rural situado na FCAV/Unesp Jaboticabal, a 21º15’22’’ S de latitude e 48º18’58’’ W de longitude, com altitude de 595 m. O clima, baseado na classificação de Köppen, é do tipo Awa, descrito como tropical de estiagem no inverno, com estação seca definida (abril a setembro) e concentração das chuvas nos meses de verão (outubro a março).
Foram utilizados dois tipos de coberturas, sendo telhas de fibrocimento e telhas metálicas, com dimensões comerciais de 6mm e 0,50mm respectivamente, instaladas em camadas simples e com diferentes espaçamentos entre camadas duplas (1, 2, 3, 4 e 5cm), colocados sobre protótipos, constituído de caixas de isopor com dimensões internas 340 mm de altura; 741 mm de comprimento; 553 mm de largura e 100 mm de espessura, sendo que para a minimização das interferências dos ventos, os espaços deixados pela telha sobre a caixa de isopor foram vedados com espuma.
Os protótipos foram fixados em placas de cimento, a uma altura de 0,10m do solo (Figura 1), dispostos em um terreno livre de sombreamento. No total utilizaram-se 12 tratamentos (telhas x espaçamentos) (Tabela 1), com dois protótipos para cada tratamento, sendo estudadas as telhas simples (sem utilização de camadas duplas) e instaladas em camadas duplas com diferentes espaçamentos entre telhas (Figura 2). Como repetição adotaram-se os dias de coleta e o número de protótipos, totalizando 30 repetições para cada tratamento (2 protótipos x 15 dias de coleta).
Tabela 1 – Esquema dos tratamentos experimentais MS Metálica Simples (Camada simples)
MD1 Metálica com espaçamento de 1cm entre camadas (Camada dupla) MD2 Metálica com espaçamento de 2cm entre camadas (Camada dupla) MD3 Metálica com espaçamento de 3cm entre camadas (Camada dupla) MD4 Metálica com espaçamento de 4cm entre camadas (Camada dupla) MD5 Metálica com espaçamento de 5cm entre camadas (Camada dupla)
FS Fibrocimento Simples (Camada simples)
FD1 Fibrocimento com espaçamento de 1cm entre camadas (Camada dupla) FD2 Fibrocimento com espaçamento de 2cm entre camadas (Camada dupla) FD3 Fibrocimento com espaçamento de 3cm entre camadas (Camada dupla) FD4 Fibrocimento com espaçamento de 4cm entre camadas (Camada dupla) FD5 Fibrocimento com espaçamento de 5cm entre camadas (Camada dupla)
Figura 2 – Esquema de disposição dos tratamentos no local de instalação
2m 2m
Para a obtenção dos dados de temperatura interna em cada um dos protótipos utilizou-se 01 termopar tipo T, modelo 105 T (Figura 3a), posicionado debaixo da telha e isolado com uma placa de isopor de 60x60 mm e 12mm de espessura, e um termopar semelhante instalado no centro geométrico do protótipo. A leitura para coleta dos dados foi realizada de hora em hora, entre os meses de maio a agosto de 2013, através do sistema de aquisição de dados, Datalogger marca CAMPBELL SCIENTIFIC-INC (Figura 3b).
Figura 3 – Termopares tipo T (a) e Datalogger Campbell Scientific-INC(b)
.
Utilizou-se o PROC MIX do SAS (Statistical Analysis System), para análise com medidas repetidas no tempo, considerando os horários de medição para cada dia avaliado, sendo realizada análise de variância e teste de Scott-Knott para a comparação de médias, a 1% de significância.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Nas Figuras 4 e 5 (Tabela 2 em anexo) encontram-se os dados referentes à variação da temperatura média superficial das coberturas das 8h às 18h.
15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 8h 9h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h Te m pe ra tu ra (° C ) Horas do dia MS MD1 MD2 MD3 MD4 MD5
Figura 4 – Temperatura da superfície interna das telhas metálicas nos diferentes horários 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 8h 9h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h Tem pe ra tu ra (° C ) Horas do dia FS FD1 FD2 FD3 FD4 FD5
Figura 5 – Temperatura da superfície interna das telhas de fibrocimento nos diferentes horários
Verificou-se que o comportamento térmico da temperatura superficial interna (TSI) das coberturas seguiu o mesmo padrão, apresentando os menores valores nas primeiras horas do dia e assumindo seu valor máximo próximo às 14h, horário tido como o de máxima radiação solar, e posteriormente decrescendo. Tal comportamento térmico também foi verificado por Almeida e Passini (2013), que ao estudarem índices de conforto térmico em modelos reduzidos de galpões avícolas com diferentes tipos de coberturas, obtiveram uma curva de crescimento desses índices, atingindo seu valor máximo às 14h, decrescendo posteriormente. Fiorelli et al. (2012) também verificaram maiores índices de conforto térmico às 14h, sendo tal comportamento térmico justificado por ser o horário de maior radiação solar.
O uso de camadas duplas promoveu um decréscimo significativo nos valores TSI das coberturas, sendo observados valores de mais de 10oC inferiores em relação a não utilização de camadas duplas às 14h (MS e MD5).Tal fato mostra a eficiência da utilização das camadas duplas, onde a porção de ar presente entre as duas camadas de telha atua como isolante térmico, evitando que parte da energia solar seja transmitida para a superfície interna da cobertura.
Em relação à utilização de camadas simples, verificou-se que a cobertura de fibrocimento apresentou valores menores de temperatura superficial em relação a cobertura metálica, sendo observada às 14h valores de 42,9oC e 39,3oC para as coberturas metálicas e fibrocimento, respectivamente. Tal resultado está de acordo com diversos estudos, sendo resultados semelhantes encontrados por Abreu et al. (2011), que observaram menores valores de TSI em telhas de fibrocimento em relação a telhas metálicas às 14h. Fonseca et al. (2011) também obtiveram resultados semelhantes, ao estudarem coberturas de fibrocimento e zinco na melhoria do ambiente em abrigos para bezerros, verificando uma melhor eficiência térmica da cobertura de fibrocimento em relação a cobertura metálica estudada (zinco). Sampaio et al. (2011), ao estudarem temperatura superficial de telhas e sua relação com o ambiente térmico na instalação, verificaram que as telhas metálicas superaram os 53 °C na sua superfície e foram piores no conforto térmico comparado com as outras telhas estudadas.(fibrocimento e barro).
Em relação à utilização de camadas duplas, observou-se que esse mecanismo foi altamente eficiente na redução da TSI das coberturas, sendo os
menores valores observados nos tratamentos MD2, MD3, MD4, MD5, FD4 e FD5, em que a maior variação pode ser claramente observada nos horários mais quentes do dia. Observou-se redução máxima da TSI nos tratamentos com a utilização de camadas duplas, sendo os menores valores encontrados para cobertura metálica com espaçamento de 2 a 5cm, e de fibrocimento de 4 e 5cm de espaçamento. Na Figura 6 (Tabela 2 em anexo) estão representados os valores médios de TSI nos diferentes tratamentos estudados, no horário tido como crítico (14h), ou seja, de maior temperatura. 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 MS MD1 MD2 MD3 MD4 MD5 FS FD1 FD2 FD3 FD4 FD5
Tem
per
at
ur
a
°C
Tratamentos
T °C
Figura 6 – Valores médios de TSI ás 14h para os diferentes tratamentos
Às 14h (horário crítico) pode-se verificar claramente a eficiência dos tratamentos com a utilização de camadas duplas em relação aos tratamentos onde se utilizou apenas uma camada simples de telha. Em relação à cobertura metálica, os menores valores foram observados nos tratamentos MD2, MD3, MD4 E MD5, sendo que MD1 apresentou valor de TSI menor que MS e intermediário entre os tratamentos com a mesma cobertura. Já em relação a cobertura de fibrocimento, observou-se que, assim como nos tratamentos com cobertura metálica, os menores valores foram observados na utilização de camadas duplas em relação a utilização de camada simples, sendo os menores valores encontrados nos tratamentos FD4 e FD5, e o maior valor em FS, sendo que os demais tratamentos apresentaram valores intermediários de TSI.
Essa diminuição dos valores de TSI com a utilização de camadas duplas deve-se a formação de um bolsão de ar entre as duas camadas, que, devido à baixa condutividade térmica do ar, este atua como isolante térmico, impedindo que parte da radiação absorvida pela cobertura seja transmitida para o interior da instalação, dissipando essa energia para o meio. Vale ressaltar que, de acordo com Abreu et al. (2011), a diminuição das temperaturas superficiais das coberturas não indicam por si só conforto térmico para os animais, sendo importante medir a carga térmica de radiação recebida pelos animais sob essas coberturas.
Nas Figuras 7 e 8 (Tabela 3 em anexo) encontram-se os dados referentes à variação da temperatura média do ambiente interno dos protótipos nos diferentes tratamentos das 8h às 18h.
Figura 7 – Temperatura do ambiente interno dos protótipos com a utilização de telhas metálicas 20,0 22,0 24,0 26,0 28,0 30,0 32,0 34,0 36,0 38,0 40,0 8h 9h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h Te m pe ra tu ra A m bi en te (° C ) Horas do dia MS MD1 MD2 MD3 MD4 MD5
Figura 8 – Temperatura ambiente interno dos protótipos com a utilização de telhas de fibrocimento
Os valores de temperatura do ambiente (TA) seguiram o mesmo padrão observado para TSI, sendo às 14h foram verificados os maiores valores de TA nos tratamentos com a utilização de camada simples, em relação aos tratamentos em que se utilizaram camadas duplas. Verificou-se também maior inércia térmica das coberturas em camadas duplas, ou seja, uma menor variação de temperatura entre os horários mais quentes e mais frios, algo de extrema importância na produção animal, já que grandes oscilações de temperatura são prejudiciais no que se diz respeito a produção animal. De acordo com Lima (2006) grandes oscilações de temperatura provocam estresse, influenciando negativamente a produção animal, causando grandes perdas nos processos produtivos e reprodutivos.
Observou-se que a utilização de telhas em camadas simples (MS e FS) promoveu uma oscilação de mais de 20°C entre o horário mais frio (6h) e o mais quente (14h), enquanto que as mesmas coberturas instaladas em camadas duplas de 5 cm obtiveram uma variação de 13°C e 14°C, respectivamente, ou seja, além de diminuir os valores de TA, a utilização de camadas duplas promove um ambiente mais estável, com maior inércia térmica e com variações de temperatura menores.
Na Figura 9 estão representados os valores de TA nos diferentes tratamentos no horário crítico (14h). 20 22 24 26 28 30 32 34 36 38 8h 9h 10h 11h 12h 13h 14h 15h 16h 17h 18h Te m pe ra tu ra A m bi en te (° C ) Horas do dia FS FD1 FD2 FD3 FD4 FD5
Figura 9 – Valores médios de Temperatura ambiente (TA) nos diversos tratamentos às 14h
Observou-se que a utilização de camadas duplas foi extremamente eficiente no que se diz respeito à redução da temperatura ambiente nos diversos tratamentos, sendo observado que o aumento do espaçamento entre camadas duplas promove uma tendência de diminuição gradativa da TA, devido à formação de um bolsão de ar maior, atuando com maior eficiência como isolante térmico. Observa-se também que, em camadas duplas, o tratamento com telhas metálicas apresentou maior eficiência, sendo observados menores valores de TA em espaçamentos a partir de 2cm, enquanto que com a utilização da telha de fibrocimento, os menores valores só foram verificados nos espaçamentos de 4 e 5cm.Tais resultados estão de acordo com Caneppele et al. (2013), que observaram menores valores de temperatura ambiente com a utilização de telha tipo sanduíche, além de maior inércia térmica, com menores oscilações diárias na temperatura ambiente. Dias (2011) ressalta que a utilização da telha tipo sanduíche é extremamente eficiente na promoção de um ambiente térmico melhor em regiões de grande amplitude térmica diária, sendo capaz de diminuir essa variação térmica. Tal informação está de acordo com o observado no presente estudo, onde a amplitude térmica no interior da instalação foi menor utilizando-se telhas em camadas duplas.
28,0 29,0 30,0 31,0 32,0 33,0 34,0 35,0 36,0 37,0 MS MD1 MD2 MD3 MD4 MD5 FS FD1 FD2 FD3 FD4 FD5 TA °C
Na figura 10 estão representados os valores de TSI e TA nos diversos tratamentos às 14h.
Figura 10 – Relação entre a TSI e a TA nos diversos tratamentos
Observou-se que o comportamento da TA depende diretamente da TSI, ou seja, quanto maior a TSI, maior a TA na instalação. Esse resultado demonstra a importância de se aumentar o isolamento térmico das coberturas, sendo que de acordo com D'Orazio et al. (2010), o aumento da densidade de isolamento do telhado reduz os gastos com resfriamento artificial no interior das instalações. Na Figura 11 estão representados os coeficientes de variação (%) dos valores de TA e TSI observados ao longo dos dias estudados nos diversos tratamentos.
0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 45,0 MS MD1 MD2 MD3 MD4 MD5 FS FD1 FD2 FD3 FD4 FD5 Tem per at ur a (° C ) Tratamentos TSI °C TA °C
Figura 11 – Coeficientes de Variação de TA e TSI para os tratamentos
Os valores do coeficiente de variação das TA e TSI nos diferentes tratamentos demonstram a eficiência da utilização de coberturas em camadas duplas na redução da variação térmica horária ocorrida ao longo do dia. Nos tratamentos MS e FS verificaram-se valores de CV superiores aos encontrados nos tratamentos em que se utilizaram camadas duplas. A menor variação de temperatura ao longo do dia é algo desejável em instalações de produção animal, tanto no ponto de vista de bem-estar do animal quanto em termos financeiros, pois, o sistema termorregulador do animal tende a funcionar com menor gasto energético para a manutenção da homeostase, enquanto que no processo de automatização para controle climático em uma instalação o sistema será acionado um menor número de vezes, tendo em vista a maior homogeneidade da distribuição de temperatura ao longo do dia, reduzindo os gastos com energia elétrica.
De acordo com Guimarães et al. (2014), animais mantidos em ambientes com amplitudes muito amplas podem ter seu desempenho comprometido em razão de terem que se adaptar às variações de temperatura em curto espaço de tempo, o que pode comprometer a manutenção de seus índices fisiológicos. Abreu et al. (2007), ao estudarem o desempenho de frangos de corte criados em aviários com forro e sem forro observaram a importância da redução da amplitude térmica, sendo que os
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 MS MD1 MD2 MD3 MD4 MD5 FS FD1 FD2 FD3 FD4 FD5 Co ef icie nt e de Var ia ção (% ) Tratamentos TA TSI
galpões com forro apresentaram menores amplitudes térmicas e os animais tiveram melhores ganho de peso e consumo de ração, em relação aos animais criados no ambiente sem forro.
4. CONCLUSÕES
A instalação de telhas metálicas e de fibrocimento em camadas duplas demonstrou uma maior inércia térmica em relação às mesmas coberturas instaladas em camadas simples, promovendo decréscimo nos valores da Temperatura Superficial Interna das coberturas (TSI) e na temperatura do ambiente interno (TA) no modelo estudado, com maior eficiência quando instaladas com espaçamento variando de 2cm a 5cm para telha metálica e de 4cm a 5cm para a telha de fibrocimento.
5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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